冶金是高能耗、高污染的重工业产业,冶金流程中存在热能量损失大,利用率不高等特点,具有很大的节能潜力。同时,面对资源、能源和环境压力所面临的严峻形势,重点研究流程工业系统优化与节能技术,形成流程工业节能减排的整体解决方案,对降低我国钢铁企业的耗能和排放水平显得尤为必要。因此,基于能量梯级利用原理、(火用)分析方法,论文从冶金工业典型全流程工艺出发,对冶金全流程的内容开展了系列研究,并得到了相应的变化规律。首先,对冶金流程节点关联及工序能耗调研,确立了金流程关键工艺能耗特征及其关联工艺耦合特征,构建了全流程工业耦合节点关联模型,并首次提出了“温度匹配,梯级利用,全域耦合”的流程工业节能思路;其次,提出了基于能量梯级利用和最小(火用)损的全流程热耦合节能工艺,构建了全流程工业耦合节能数学模型;最后,基于C++Builder可视化编程,开发了冶金流程质能热耦合节能软件,对于冶金流程节能挖掘具有指导意义。基于能量梯级利用原理、(火用)分析方法,确立了金流程关键工艺能耗特征及其关联工艺的耦合特征,构建了全流程工业耦合节点关联框架模型,包括烧结、焦炉、高炉、转炉、电炉工序的节点关联模型。基于能量梯级利用和最小(火用)损,首次提出“温度匹配,梯级利用,全域耦合”的流程工业耦合节能思路,提出了基于能量梯级利用和最小(火用)损的全流程热耦合节能工艺,构建了全流程工业耦合节能数学模型。针对在冶金流程关键工序中存在余热量大且回收率低的问题,首次提出“温度匹配,梯级利用,全域耦合”的流程工业耦合节能思想,开发冶金流程余热耦合节能软件,该软件能够实现冶金全流程余热的供给侧去匹配冶金全流程余热的需求侧,使余热的需求侧与余热的供给侧达到“量”和“质”的匹配,并对余热利用过程进行热平衡和(火用)平衡计算,进而分析该热力过程的热效率和(火用)效率,从而找到余热资源优化配置的最佳节能方案。通过对烧结工序余热耦合节能计算,结果表明:竖冷炉余热锅炉热效率为61.8%,(火用)效率为50.8%,与传统烧结矿显热环冷机余热回收技术相比,热效率和(火用)效率分别提高7.8%和6.3%;烧结烟气余热耦合高炉工序预热助燃煤气热经济性指标值最好,分别是热效率32.05%,(火用)效率16.08%、节能率25.96%、以及回收烧结烟气所获得的(火用)价值为33.9万元/年。通过对焦炉工序余热耦合节能计算,结果表明:干熄炉余热锅炉热效率为64.7%,(火用)效率为60.8%,与采用湿法熄焦技术相比,干法熄焦节能效果更好;焦炉烟气余热耦合烧结工序预热助燃空气热经济性指标值最好,分别是热效率33.86%,(火用)效率20.6%、节能率29.6%、以及回收焦炉烟气所获得的(火用)价值为27.5万元/年。通过对高炉工序余热耦合节能计算,结果表明:在热效率方面,当换热面积一定时,干法余热回收高炉渣余热的热效率高于湿法余热回收,在(火用)效率方面,干法余热回收低于湿法余热回收的(火用)效率;加热炉烟气余热耦合炼焦工序预热助燃煤气热经济性指标值最好,分别是热效率44.3%,(火用)效率26.4%、节能率37.1%、以及回收热风炉烟气所获得的(火用)价值为29.63万元/年。本研究得到了国家重点研发计划子课题:《冶金流程耦合节能测试技术》(NO.2016YFB06001404)的资助。